第四讲第四讲 肌肉工作的基本理论肌肉工作的基本理论第三讲第三讲 肌肉工作的基本理论肌肉工作的基本理论3肌肉工作的力学原理3.1人体运动的杠杆原理3.2肌肉收缩过程中力的变化4肌肉的协作关系和工作分类4. 1肌肉在运动中的不同作用4. 2肌肉收缩的形式4. 3肌肉工作性质的分类4. 4单关节肌和多关节肌 4.4.1单关节肌4.4.2多关节肌4.4.3多关节肌的特点4.4.4多关节肌和单关节肌的协作关系3肌肉工作的力学原理3.1人体运动的杠杆原理3.2肌肉收缩过程中力的变化3.1人体运动的杠杆原理人体运动中的骨杠杆 在力学中，把在力的作用下能绕支点转动的棒叫做杠杆。在人体运动中，骨在肌肉拉力的作用下，能绕关节轴转动并克服阻力作功。因此，我们可将骨视为骨杠杆。骨杠杆作功的常用名词概念如下： 1.支点杠杆转动时的支撑点，称为支点。骨杠杆的支点位于关节的中心，支点一般用“0”表示(图2-3)。 2.力点动力作用点叫力点。骨杆杆的力点就是原动肌的动点附着点，力点通常用“F”表示。(图2-3)3.阻力点一阻力作用点叫阻力点。骨杠杆上所受的阻力，包括环节自身的重力和环节负荷的阻力(重力及其他对抗力)等。这些阻力的合力作用点就是阻力点，阻力点通常用“R”表示(图2-3)。 4.力臂从支点到肌拉力线的垂直距离，叫力臂。骨杠杆的力臂，是从关节中心到肌拉力线的垂直距离(图2-3中的OA)，力臂通常用“d”表示。 5.阻力臂从支点到阻力作用线的垂直距离，叫阻力臂。骨杠杆的阻力臂，是从关节中心到阻力作用线的垂直距离(图2-3中的OR)。阻力臂通常用“dR”表示。 6.力矩力与力臂的乘积叫力矩。力矩越大，对杠杆转动的作用就越大，转动速度就快。力矩用“M”表示，F代表力，代表力臂。则力矩公式如下： M=Fd 7.阻力矩阻力与阻力臂的乘积，叫阻力矩。阻力矩用“MR ”表示，用R代表阻力，dR 代表阻力臂。则阻力矩的公式如下：MR =RdR 人体骨杠杆的分类1平衡杠杆：支点位于力点和阻力点之间的杠杆称平衡杠杆。例如，头与寰椎的连结，支点在寰枕关节，阻力点为头的重心点位于支点前面，力点在枕外隆凸斜方肌上部的起点。斜方肌上部纤维的收缩力可以平衡头的重力，使头处于平衡位（图4）。人体骨杠杆的分类2省力杠杆：阻力点位于力点和支点之间的杠杆称省力杠杆。例如，站立提踵时，以跖趾关节为支点，力点在跟结节的小腿三头肌止点，阻力点在重心垂线上，位于支点和力点之间（图4）。人体骨杠杆的分类3速度杠杆：力点在支点和阻力点之间的杠杆称速度杠杆。例如，负重弯举动作，以肘关节为支点，重物、前臂和手的合重心为阻力点，肱二头肌的止点桡骨粗隆是力点，位于支点和阻力点之间（图）。杠杆原理在人体运动中的应用 1省力：根据杠杆平衡原理，要想达到省力的目的，有两个途径：即增大力臂和缩短阻力臂。2获得较大速度：在体育运动中，许多动作不是要求省力，而是要获得更大速度。通常采用增大阻力臂的方法，来达到获得速度的目的。3.有时还可利用增大阻力臂的方法，来增大动作难度，提高训练效果。如用仰卧起坐练习训练腹肌力量，可选用手抱头的方法来提高训练效果(图)。 3.2肌肉收缩过程中力的变化肌拉力的分解与合成肌拉力的分解：为了进一步了解了肌拉力对骨杠杆的作用，有必要对肌拉力进行分解研究，肌拉力线可能在一个基本平面内，也可能不在一个基本平面内。 肌拉力线在一个基本平面内的分解：当肌拉力线在某一基本平面时，可以分解成两个互相垂直的分力，其中一个分力沿着骨杠杆指向关节中心，叫做法向分力，法向分力有加固关节的作用，所以又叫加固分力。另一个分力叫做切向分力，该分力使骨杠杆绕关节轴转动，所以又叫转动分力(图2-9)。转动分力是关节运动的动力。肌拉力不在一个基本平面内的分解：当肌拉力线不在一个基本平面内时，可分解成三个互相垂直的分力，这三个分力，分别位于三个基本平面内。例如，三角肌前部肌纤维的拉力线，就不在一个基本平面内，它可以分解成三个互相垂直的分力：一个向的分力；一个向内的分力；一个向前的分力。向上的分力有外展作用；向前的分力有屈是臂的作用；向内的分力有使上臂旋内和内收(标准姿势时)的作用，此外，向上和向内的分力还有加固肩关节的作用。 肌拉力的合成：单头肌的拉力方向与肌腱方向一致。多头肌的各头拉力向虽然不完全一致，但都集中在合并腱上，也就是说已经自然合成了，如股四头的四个腱首先集中在骼骨上，形成一条肌腱。对不同拉力方向的肌肉之间，可采用平行四边形法进行合成，以求出它们的合力作用线，从合力作用线到关节中心的垂直距离，叫做合力力臂。合力与合力力臂的乘积，叫做合力矩。但拉力方向不同，就可采用平行四边形法进行合成。以确定两肌的合力作用线(图2-10)。aC为胸大肌的拉力线，ab为背阔肌的拉力线，ad为胸大肌和背阔肌和背阔肌的合力作用线。肌拉力两个分力比值的变化 1肌拉力角的概念：从肌肉的动点(肌肉的运动骨上的附着点)到关节中心(转动支点)连一直线，该直线与肌拉力线之间的夹角，叫肌拉力角(图2-)。 肌拉力角大，力臂就大，力矩就会相应增大，骨杠杆的转动效率就高。 在进化过程中，一些大块肌肉通过突起的骨结构(如结节、粗隆、嵴和籽骨等)来增大肌拉力角，以提高环节的转动效应。肌拉力两个分力比值的变化2肌拉力角与两个分力比值变化的关系： 肌拉力两个分力的比值，总是随着肌拉力角的变化而改变。 当肌拉力角从0向45变化时，转动分力渐增大而加固分力逐渐减小，但转动分力总是小于加固分力，直到45时，两个分力才正好相等。 在肌拉力角由45增至90时，转动分力逐渐增大，加固分力逐渐变小，在整个变化过程中，转动分力始终大于加固分力，到90时，转动分力达到最大值，等于肌拉力，而加固分力则降为零。 当肌拉力角大于90以后，转动分力开始逐渐减小，而加固分力则成为负值(起分离关节的作用)。阻力矩的变化当阻力不变时，阻力矩随着阻力臂的变化而变化。在骨杠杆绕关节轴转动时，阻力臂就会发生相应的变化。现以肘关节的运动为例说明之。前臂绕肘关节额状轴转动，从0到90时，阻力臂会逐渐增大，90时达最大值，90以后阻力矩又会逐渐变小。 4肌肉的协作关系和工作分类4. 1肌肉在运动中的不同作用4. 2肌肉收缩的形式4. 3肌肉工作性质的分类4. 4单关节肌和多关节肌4. 1肌肉在运动中的不同作用每个体育动作，都是在许多肌肉的参与下完成的，这些肌肉在运动中起着不同的作用，有的发挥原动肌的作用，有的成为对抗肌，有的则起固定肌或中和肌的作用。原动肌在完成某一动作中，直接发挥动力作用，引起环节运动的肌肉，称为原动肌，根据所起作用的主次，可分为主动肌和副动肌。例如，伸肘关节的原动肌是肱三头肌和肘肌，其中的肱三头肌是主动肌，而肘肌则为副动肌。对抗肌 与原动肌作用相反的肌肉称为对抗肌，它能使环节向相反的方向运动，也可以原动肌起制动作用，例如，在作负重弯举运动时，肱二头肌是原动肌，而肱三头肌则为对抗肌。但是，原动肌和对抗肌并不是固定不变的，它们会随着动作的改变而发生的变化，例如，在作俯卧撑时，肱三头肌又成为原动肌，而肱二头肌则转化为对抗肌。固定肌当肌肉收缩时，其拉力可使该肌所附着的两块骨发生相向运动。为了充分发挥原动肌对动点骨的作用，就需要有其它肌肉来固定定点骨(支撑骨)。那些对支撑骨起固定作用的肌肉，就称为固定肌，例如，在作负重弯举时，用来固定上臂的胸大肌和背阔肌，就是固定肌。中和肌如果原动肌对运动环节具有多种功能的话，为了充分发挥其中的某种功能，就需要另外的肌肉来抵消那此必要的功能，这些用来抑制原动肌多余功能的肌肉，就是中和肌，如用臀中肌前部的旋内作用来抵消髂腰肌的旋外作用，使步态正常。4. 2肌肉收缩的形式向心收缩离心收缩等长收缩等张收缩向心收缩肌肉收缩时，肌肉两端逐渐靠拢，紧张度增强，长度变短，称为向心收缩。离心收缩肌肉兴奋、紧张，但肌肉两端逐渐分离，由缩短状态逐渐被拉长，这种收缩形式，称为离心收缩。等长收缩肌肉收缩时，如果长度不变，称为等长收缩，这种收缩只表现为肌肉紧张度的增强而没有工的变化。等张收缩肌肉收缩时，长度发生变化，但收缩力保持不变，称为等张收缩，这种收缩形式，只在离体肌肉的实验中测得，在正常人体上不存在，在正常活体上，肌拉力在开始阶段较大，以后逐渐减小，形成一条走下势的曲线。 4. 3肌肉工作性质的分类肌肉收缩能产生拉力，这种力能克服阻力引起环节运动，或用来平衡阻力使力肢保持某种姿势，我们把这种现象称为肌肉工作。肌肉工作性质分两大类，即动力性工作和静力性工作。动力性工作 动力性工作的特点是：肌肉长度发生变化，运动环节产生位移，力矩和阻力矩不平衡。动和性工作又可分为克制性工作和退让性工作。克制性工作其特点是，肌肉的拉力矩大于阻力矩，肌肉作向心收缩，长度缩短，环节沿肌拉力方向运动。绝大多数的体育动作都属于此类工作。例如，负重弯举的上举阶段，就是肱二头肌和肱肌等屈肘作克制性工作的结果，再如纵跳的跳起阶段，下肢臀大肌、股四头肌和小腿三头肌等肌群，作克制性工作的例子。退让性工作其特点是，肌肉的拉力矩小于阻力矩，作离心收缩，肌肉逐渐被拉长，环节沿肌拉力的反方向运动，例如，负重弯举的下降阶段，正是肱二头肌和肱肌等屈肘肌作退让性工作的表现。肌肉的这种工作具有保护关节不受损伤的作用，再如纵跳的落地动作，也是退让性工作，臀大肌、股四头肌和小腿三头肌都要保持紧张度，以缓冲落地时的震动，保护人体不受损伤。静力性工作 静力性工作的特点是：肌肉拉力矩等于阻力矩、肌肉持续收缩，但长度不变。 静力性工作又可分为支持工作、固定工作和加固工作三种类型。支持工作肌肉持续收缩，以平衡阻力矩，使人体保持一定的姿态，称为支持工作，支持工作有两种情况： 第一种：肌肉保持缩短状态的支持工作，如作直角支撑时，腹直肌、髂腰肌和股直肌均作缩短状态的支持工作(图2-14)。 第二种：肌肉保持伸长状态的支持工作，如作马步站桩时，股四头肌作伸长状态的支持工作。固定工作作用相反的两群肌肉共同收缩，使环节固定不动，称为固定工作。例如，作直角支撑时，肱二头肌和肱三头肌共同收缩，将肘关节固定在伸直状态；前臂的屈腕肌和伸腕肌共同收缩，将腕关节固定在伸直状态。加固工作当环节受到外力的牵拉时，关节周围的肌肉就会持续收缩，防止关节被拉脱位。 4.4单关节肌和多关节肌 4. 1单关节肌4. 2多关节肌4. 3多关节肌的特点4. 4多关节肌和单关节肌的协作关系4. 1单关节肌一块肌肉的肌腹或肌腱，如果只跨过一个关节，就称为单关节肌。单关节肌一向都比较粗短，作用力集中，收缩力大，成为环节运动的主要原动肌。如三角肌、胸大肌、背阔肌和臀大肌。4. 2多关节肌跨过两个或两上以上关节的肌肉，称为多关节肌。多关节肌中的大块肌肉一般只跨过两个关节，如肱二头肌、股直肌和股后肌群等，而分布在前臂和小腿的较小肌肉，一般都跨过多个关节，如指浅屈肌、指伸肌和拇长屈肌等。多关节肌一般都细而长，有的肌腱很长。4. 3多关节肌的特点1功能性“主动不足”：当多关节肌收缩发力时，对其中一个关节发挥作用后，对其余关节就不能充分发挥作用，这种现象就称为多关节肌的“主动不足”。 2功能性“被动不足”：当多关节肌在一个关节处被拉长时，在其余关节就不能被充分拉长，这种现象就称为多关节肌的“被动不足” 。4. 4多关节肌和单关节肌的协作关系在一些大关节周围，往往同时配布有单关节肌和多关节肌。它们互相协作，取长补短，以利于完成各种复杂的动作，单关节肌发力集中，率效高，但收缩幅度较小，而多关节肌一般都较长，在运动幅度方面可以弥补单关节肌的不足，同时，多关节肌还可引起相邻关节的运动，进一步增大运动幅度。